CN103934223B - 一种大米物料的检测分选方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种大米物料的检测分选方法，应用在透明米、腹白米、浅黄米、深黄米、深色异物的分选，包括：在待分选的大米物料两侧位置分别设置蓝光光源，一侧设置红光光源，另一侧设置绿光光源，大米物料两侧各设置接收光源信号的相机，红光光源侧的相机探测反射和透射的蓝光信号和透射的绿光信号，绿光光源侧的相机探测反射和透射的蓝光信号和透射的红光信号；根据选黄、或透明米和腹白米分类或者黄白同选的分级要求配置分选模式。本发明还提供一种上述大米物料的检测分选方法使用的装置。本发明的优点在于：减少腹白米的带出，并做到一种方案同时完成选黄、透明和腹白分类、黄白同选三种不同的需求，提高了分选的适用性，具有更大的经济效益。

Description

一种大米物料的检测分选方法和装置

技术领域

本发明属于光电分选技术领域，涉及色选检测的方案，用于大米物料中分选异色粒杂质。

背景技术

大米中通常包括透明米、腹白米、浅黄米、深黄米、深色异物(石子等)，大米的分选主要有选黄、透明和腹白分类、黄白同选三种方面的需求。其中选黄是成品保留透明米和腹白米，剔除浅黄米、深黄米、深色异物，透明和腹白分类是首先剔除浅黄米、深黄米、深色异物，然后把透明米和腹白米分成两类等级的成品，黄白同选是成品保留透明米，剔除腹白米、浅黄米、深黄米、深色异物。

400-500nm波段是大米物料中透明米和浅黄米差异的特征波段，现有的大米选黄检测方案基本是采用分选室两侧蓝色光光源，结合大米的透射光和反射光综合叠加特性，获取灰度信号强度差异来检测分选。几种物料信号由高至低依次是透明米，腹白米，浅黄米、深黄米、深色异物，其中透明米和腹白米的物料信号有较多的重叠，腹白米和浅黄米的物料信号有部分交叠，这种方案在选浅黄时会有部分腹白米被误识别，在大米中腹白米较多的情况下，为了保留腹白米会导致选黄性能的下降。

透明米和腹白米的两类物料分选方案是采用蓝色光单侧照明的方案，利用大米的透射光特性来检测分选，要达到透明米和腹白米分类，需先使用两侧蓝色光照明方案选黄米，再配置蓝色光单侧照明方案，这需要一台机器配置两次光路，即先把两侧灯管同开进行选黄保留透明米和腹白米，然后再把一侧灯关闭，使用透射特性把透明米和腹白米分离，对于多通道的大米色选机，每个通道的两侧均需要配置蓝色光照明，因此这种方法只能多通道同时选黄或者多通道同时透明米和腹白米分选，不能做到一台机器一部分通道选黄一部分通道进行透明米和腹白米分类。如果采用这种方案在一台机器的一部分通道选黄一部分通道进行透明米和腹白米分类，则在透明米和腹白米分类的通道会受到选黄通道的蓝色照明干扰，在选黄通道也会受到透明米和腹白米分级的通道的蓝色照明的干扰，特别是两类通道的相邻近的通道干扰更大，因此，行业内目前没有人采用这种方案在一台机器上的一部分通道选黄一部分通道进行透明米和腹白米分类。一般使用两台机器进行分选，即一台机器专门选黄，一台专门进行透明米和腹白米分类。

黄白同选光路采用不对称灯管配置，一侧较多个蓝灯，另一侧少量的蓝灯，使用少量蓝灯一侧的相机选黄，多个蓝灯一侧的相机选腹白，这样可以把透明米与腹白米、浅黄、深黄、深色异物信号拉开，但只能单侧选黄，假设米上的小斑点在背对着相机则无法选出。并且这种光路配置方案也不能应用在大米的选黄和透明米和腹白米分类。

以上几种方案均只能单独的满足一种大米分选需求，无法做到同时满足常用的分选需求。

发明内容

本发明的所要解决的技术问题之一在于提供一种能够减少选黄时腹白米的带出，并且一种方案同时完成选黄、透明和腹白分类、黄白同选三种不同的需求的一种大米物料的检测分选方法。

本发明所要解决的技术问题之二在于提供能够实现上述功能的检测分选装置。

本发明采用以下技术方案解决上述技术问题之一的：

本发明大米物料的检测分选方法包括下述步骤：

步骤S1：配置光路：

在待分选的大米物料两侧大角度位置分别设置蓝光光源，一侧小角度位置设置红光光源，另一侧小角度位置设置绿光光源，大米物料两侧各设置接收光源信号的相机，红光光源一侧的相机探测反射和透射的蓝光信号和透射的绿色光信号，绿光光源一侧的相机探测反射和透射的蓝光信号和透射的红色光信号，根据大米物料对蓝色光和透射光(红色/绿色)的反射和透射特性不同来区分透明米、腹白米、浅黄米、深黄米、深色异物，其中蓝色光光源的波长在400-500nm之间，绿光光源的波长在500-590nm之间，红光光源的波长在590-670nm之间。

步骤S2：根据选黄、或透明米和腹白米分类或者黄白同选的分级要求配置分选模式。

所述步骤S2具体包括：

假设一侧蓝灯光强I_b，一侧红灯光强I_r，一侧绿灯光强为I_g，透明米、腹白米、浅黄米、深黄米、深色异物反射率S分别是S₁、S₂、S₃、S₄、S₅,透明米、腹白米、浅黄米、深黄米、深色异物透射率T分别是T₁、T₂、T₃、T₄、T₅。

其中：S₂≥S₁>S₃>S₄>S₅T₁≥T₃≥T₄>T₂>T₅

大米物料使用此方案探测到的信号包含了各光谱物料反射光和透射光的信息，透明米、腹白米、浅黄米、深黄米、深色异物蓝光信号强度B分别是B₁、B₂、B₃、B₄、B₅，绿色光信号强度G分别是G₁、G₂、G₃、G₄、G₅，红色光信号强度R分别是R₁、R₂、R₃、R₄、R₅。

B＝I_b·(S+T)；R＝I_r·T；G＝I_g·T

根据物料的反射和透射实验，大米物料的蓝光信号大小依次：B₁≠B₂≠B₃>B₄>B₅。

透射红光信号大小依次：R₁≠R₃>R₄>R₂>R₅。

透射绿值信号大小依次：G₁≠G₃>G₄>G₂>G₅。

选黄模式的参数设置如下，根据物料蓝光信号大小，两侧相机在B₂(腹白米蓝光信号)、B₃(浅黄米蓝光信号)之间选择一个蓝色阈值B'作为选黄的临界值，正如上面所叙述，腹白米和浅黄米的物料蓝光信号有部分交叠，所以只设定这一个蓝色阈值B'作为选黄的临界值，就会有两种结果：腹白米被大量带出或者浅黄米没有被剔除干净。因此，本发明的选黄模式的参数设置还包括：绿灯一侧的相机根据物料红光信号大小，在R₄(深黄米透射红光信号)、R₂(腹白米透射红光信号)之间选择一个红色阈值R'作为临界值，R₂≤R'<R₄，当该侧的相机探测到大米物料的红光信号小于该红色阈值R'时，则保留该物料，否则剔除，红灯一侧的相机根据绿值信号大小，在G₄(深黄米透射绿光信号)、G₂(腹白米透射绿光信号)之间选择一个绿色阈值G'作为临界值，G₂≤G'<G₄，当该侧的相机探测到大米物料的绿光信号小于该绿色阈值G'时，则保留该物料，否则剔除，无论是哪一个相机根据上述临界值判断大米物料为应保留的均保留。因为腹白米和浅黄米的物料蓝光信号有部分交叠，而红光信号和绿光信号不存在交叠，因此这种方案可以剔除浅黄、深黄、深色异物的同时，保留透明米和大量腹白米，并且减少腹白米的带出。这种方案中，为了防止深色异物被保留，还可以在两侧相机中在B₄(深黄米的蓝光信号)、B₅(深色异物的蓝光信号)之间选择一个蓝色阈值B”作为选深色杂质的临界值。

透明和腹白分类模式的参数设置如下，通过上述步骤选黄后，把大米中的浅黄、深黄、深色杂质剔除，保留透明和腹白米，把透明米和腹白米分类的设置如下，根据两类米的透射特性，绿灯一侧的相机根据物料红光信号大小，在R₁(透明米透射红光信号)、R₂(腹白米透射红光信号)之间选择一个红色阈值R”作分类的临界值，R₂≤R”<R₁，红灯一侧的相机根据物料绿值信号大小，在G₁(透明米透射绿光信号)、G₂(腹白米透射绿光信号)之间选择一个绿色阈值G”作为分类的临界值，G₂≤G”<G₁，根据上面的叙述，腹白米和透明米的物料蓝光信号有部分交叠，而红光信号和绿光信号不存在交叠，因此，该种参数设置以后可以将腹白米和透明米分选清楚。

黄白同选模式的参数设置如下，两侧相机在B₂(腹白米蓝光信号)、B₃(浅黄米蓝光信号)之间选择一个蓝色阈值B”'作为选黄的临界值，正如上面所述，腹白米和浅黄米的物料蓝光信号有部分交叠，但是该参数的设置可以保证透明米全部被保留下来，而部分腹白米也被保留了下来。再进一步设置绿灯一侧的相机或者红灯一侧相机的参数即可：如果设置绿灯一侧的相机，根据物料红光信号大小，在R₄(深黄米透射红光信号)、R₂(腹白米透射红光信号)之间选择一个红色阈值R”'选暗以剔除腹白米，R₂≤R”'<R₄，即当该侧的相机探测到大米物料的红光信号小于该红色阈值R”'时，则剔除该物料，否则保留；如果设置红灯一侧的相机，根据物料绿光信号大小，在G₄(深黄米透射绿光信号)、G₂(腹白米透射绿光信号)之间选择一个绿色阈值G”'选暗以剔除腹白米，G₂≤G”'<G₄，即当该侧的相机探测到大米物料的绿光信号小于该绿色阈值G”'时，则剔除该物料，否则保留。

根据以上的叙述，应用此方法进行大米分选时，为达到不同的分选需求，不需要再进行光路配置的改变，只需要进行不同的参数设置即可以，因此，可以在一台多通道色选机上同时实现选黄和透明米、腹白米分级，一台多通道色选机可以部分通道选黄，部分通道进行透明米、腹白米分级，相比于以前的方案，新方案提高了分选的效果同时可以降低经济成本。

经过本申请人的验证，原选黄方案在透明米物料被误识别率3.7％时，腹白米误识别率17％，浅黄米识别率75.4％，深黄米识别率98.2％，恶杂识别率100％，新方案绿灯一侧的相机在透明米物料被误识别2.4％时，腹白米误识别率3.3％，浅黄米识别率76.6％，深黄米识别率97.6％，恶杂识别率100％，新方案红灯一侧的相机在透明米物料被误识别1.1％时，腹白米误识别率3.7％，浅黄米识别率80.6％，深黄米识别率96.2％，恶杂识别率100％。对比新方案和原方案，在选黄效果基本相同的情况下，腹白米的误识别率降低了13.3％，新方案可以保留大部分腹白米。

另外，本发明采用以下技术方案实现上述技术问题之二的：本发明还提供一种大米物料分选装置，包括喂料振动器、通道、检测系统、控制系统、剔除装置和收料系统，待分选物料的前后侧各有一套检测系统，每套检测系统包括蓝光光源、相机以及背景装置，待分选大米物料经由喂料振动器后进入通道，随后流经过相机的检测区域，相机采集其图像，并传递给控制系统，控制系统向剔除装置发出剔除指令，其改进点于，每套检测系统中还包括分别设置在待分选物料两侧的红光光源和绿光光源。

优选的，在待分选的大米物料两侧大角度位置分别设置蓝光光源，一侧小角度位置设置红光光源，另一侧小角度位置设置绿光光源。

上述两个方案中，优选的，所述检测系统中的蓝光光源至少设置有两组，红光光源或者绿光光源至少各设置有一组。

上述两个方案中，优选的，所述光源为荧光灯管。

上述两个方案中，优选的，所述光源为单色LED光源。

上述两个方案中，其中，所述蓝光光源的波长在400-500nm之间，所述绿光光源的波长在500-590nm之间，红光光源的波长在590-670nm之间。

本发明的优点在于：在大米选黄时，保留腹白米，减少腹白米的带出，并做到一种方案同时完成选黄、透明和腹白分类、黄白同选三种不同的需求，提高了分选的适用性，从而带来更大的经济效益。

附图说明

图1为本发明大米物料的检测分选方法使用的光路图。

图2为本发明大米物料的检测分选装置示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进行详细的描述。

在该实施例中，该食品是大米，这里包含大米中的透明米、腹白米、浅黄米、深黄米、深色异物(石子)等。选黄模式下，保留物料包括透明米、腹白米，异物包括浅黄米、深黄米、深色异物，黄白同选模式下，保留物料包括透明米，异物包括腹白米、浅黄米、深黄米、深色异物。

请参阅图1所示，在该实施例中，照明部件包括2组蓝光光源、2组红光光源、2组绿光光源。其中蓝光光源包括LED和荧光灯管，光谱在400-500nm之间，红光光源包括LED和荧光灯管，光谱在590-670nm之间，绿光光源包括LED和荧光灯管，光谱在500-590nm之间。蓝光光源与物料连线和主光线夹角在20-40°，最好是30°，红光光源或绿光光源与物料连线和主光线夹角在10-25°，最好是15°，其中，主光线是指与待测物料下落面相垂直的光线。

其中蓝光光源波长大约450-460nm，绿光光源波长大约在525-535nm，红光光源波长大约在625-635nm。

在该实施例中，还包括一组背景光源，其中包括反射式和透射式，背景主要是为了拉开与物料信号的差异，背景光源为蓝色，其中包括LED和荧光灯管，光谱在400-500nm之间。

在该实施例中，相机用来探测物料反射和透射信号，如果需要，根据图像处理后，可以鉴别该物料中的各种物料特性。

在该实施例中，相机是彩色三线阵摄像机，红光光源一侧的相机探测的是物料反射、透射的蓝光信息和物料透射的绿光信息，绿光光源一侧的相机探测的是物料反射、透射的蓝光信息和物料透射的红光信息，相机与物料连线和主光线的夹角在0-5°。

在该实施例中，大米中几种物料的蓝光透射光信号依次是透明米、腹白米、浅黄米、深黄米、深色杂质(石子)，其中透明米和腹白米信号之间有部分重叠，腹白米和浅黄米信号之间有部分重叠，红光光源一侧的相机的绿光信号依次是透明米、浅黄米、深黄米、腹白米、深色杂质(石子)，绿光光源一侧的相机的红光信号依次是透明米、浅黄米、深黄米、腹白米、深色杂质(石子)，其中腹白米和浅黄米信号有明显差异，在选黄模式下，红光光源一侧的相机根据蓝色和绿色信息结合图像算法把异物识别，绿光光源一侧的相机根据蓝色和红色信息结合图像算法把异物识别，该实施例的方法能较明显的区分大米中的几种物料，提升识别效果。

在该实施例中，所有照明部件可以采用荧光灯管的方式来实现。

在该实施例中，照明部件不仅限于实施例中提高的光路组合，也同时包括多个蓝光、一个红光或者多个红光、一个绿光或者多个绿光的组合方式。

在该实施例中，摄像机可以采用其他的方式来实现，包括3CCD、双相机等。

其中3CCD相机是在镜头后采用分光棱镜的方法把一束光信号分成红、绿、蓝三个波长，分别用3个传感器探测。

其中双相机包括镜头前分光、镜头后分光。

镜头前分光是镜头前采用分束镜把光分成两束，后采用两种相机探测，两种相机前分别蓝色滤光片和红色(绿色)滤光片。

其中镜头后包括棱镜分光和分束片分光：

棱镜分光是镜头后采用分光棱镜把光束分成蓝光、红绿光，分别用2个传感器探测，其中在棱镜的出射面分别设置蓝色滤光片和红(绿)滤光片。

分光片分光是镜头后采用分光片把光束分成蓝色光、红绿光，分别用2个传感器探测，其中在分光片的出射面分别设置蓝色滤光片和红(绿)滤光片。

请参阅图2，一种大米物料分选装置，包括喂料振动器1、通道2、检测系统、控制系统(图未示)、剔除装置5和收料系统6，待分选物料7的前后侧各有一套检测系统，每套检测系统包括蓝光光源32、绿光光源34、红光光源36、相机38，还可以布置一个背景装置39。

在待分选的大米物料两侧大角度位置分别设置蓝光光源，一侧小角度位置设置红光光源，另一侧小角度位置设置绿光光源。

所述检测系统中的蓝光光源至少设置有两组，红光光源或者绿光光源至少各设置有一组。

其中蓝光光源包括LED和荧光灯管，光谱在400-500nm之间，红光光源包括LED和荧光灯管，光谱在590-670nm之间，绿光光源包括LED和荧光灯管，光谱在500-590nm之间。蓝光光源与物料连线和主光线夹角在20-40°，最好是30°，红光光源或绿光光源与物料连线和主光线夹角在10-25°，最好是15°。

其中蓝光光源波长大约450-460nm，绿光光源波长大约在525-535nm，红光光源波长大约在625-635nm。

在该实施例中，还包括一组背景光源，其中包括反射式和透射式，背景主要是为了拉开与物料信号的差异，背景光源为蓝色，其中包括LED和荧光灯管，光谱在400-500nm之间。

在该实施例中，相机是彩色三线阵摄像机，红光光源一侧的相机探测的是物料反射、透射的蓝光信息和物料透射的绿光信息，绿光光源一侧的相机探测的是物料反射、透射的蓝光信息和物料透射的红光信息，相机与物料连线和主光线的夹角在0-5°。

采用本发明内容所述的参数设置以后，即可以采用该装置进行大米的分选，待分选大米物料7经由喂料振动器1后进入通道2，随后流经过相机38的检测区域，相机38采集其图像，并传递给控制系统，控制系统向剔除装置5发出剔除指令。

以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种大米物料的检测分选方法，应用在透明米、腹白米、浅黄米、深黄米、深色异物的分选，其特征在于：包括下述步骤：

步骤S1：配置光路：

在待分选的大米物料两侧位置分别设置蓝光光源，一侧位置设置红光光源，另一侧位置设置绿光光源，大米物料两侧各设置接收光源信号的相机，红光光源一侧的相机探测反射和透射的蓝光信号和透射的绿光信号，绿光光源一侧的相机探测反射和透射的蓝光信号和透射的红光信号；

步骤S2：根据选黄、或透明米和腹白米分类或者黄白同选的分级要求配置分选模式；

所述步骤S2具体包括：

定义透明米、腹白米、浅黄米、深黄米、深色异物蓝光信号强度B分别是B₁、B₂、B₃、B₄、B₅，绿光信号强度G分别是G₁、G₂、G₃、G₄、G₅，红光信号强度R分别是R₁、R₂、R₃、R₄、R₅；

选黄模式的参数设置如下，根据物料蓝光信号大小，两侧相机在B₂(腹白米蓝光信号)、B₃(浅黄米蓝光信号)之间选择一个蓝色阈值B'作为选黄的临界值，绿灯一侧的相机根据物料红光信号大小，选择一个红色阈值R'作为临界值保留腹白米，红灯一侧的相机根据绿值信号大小，选择一个绿色阈值G'作为临界值保留腹白米，其中，R₂≤R'<R₄，G₂≤G'<G₄；

透明米和腹白米分类模式的参数设置如下，通过上述步骤选黄后，把大米中的浅黄米、深黄米、深色杂质剔除，保留透明米和腹白米，把透明米和腹白米分类的设置如下，绿灯一侧的相机选择一个红色阈值R”作分类的临界值，红灯一侧的相机选择一个绿色阈值G”作为分类的临界值，其中，R₂≤R”<R₁，G₂≤G”<G₁；

黄白同选模式的参数设置如下，两侧相机在B₂(腹白米蓝光信号)_、B₃(浅黄米蓝光信号)之间选择一个蓝色阈值B”'作为选黄的临界值，再进一步设置绿灯一侧的相机或者红灯一侧相机的参数：如果设置绿灯一侧的相机，选择一个红色阈值R”'选暗以剔除腹白米；如果设置红灯一侧的相机，选择一个绿色阈值G”'选暗以剔除腹白米，其中，R₂≤R”'<R₄，G₂≤G”'<G₄。

2.如权利要求1所述的大米物料的检测分选方法，其特征在于：所述蓝光光源的波长在400-500nm之间，绿光光源的波长在500-590nm之间，红光光源的波长在590-670nm之间。

3.如权利要求1所述的大米物料的检测分选方法，其特征在于：在选黄模式进行参数设置时，在两侧相机中在B₄(深黄米的蓝光信号)、B₅(深色异物的蓝光信号)之间选择一个蓝色阈值B”作为选深色杂质的临界值。

4.根据权利要求1所述的大米物料的检测分选方法，其特征在于：所述蓝光光源与物料连线和主光线夹角在20-40°，红光光源或绿光光源与物料连线和主光线夹角在10-25°。

5.如权利要求1所述的大米物料的检测分选方法，其特征在于：蓝光光源至少设置有两组，红光光源或者绿光光源至少各设置有一组。

6.一种大米物料的检测分选装置，应用在透明米、腹白米、浅黄米、深黄米、深色异物的分选，包括喂料振动器、通道、检测系统、控制系统、剔除装置和收料系统，待分选物料的前后侧各有一套检测系统，每套检测系统包括蓝光光源、相机以及背景装置，待分选大米物料经由喂料振动器后进入通道，随后流经过相机的检测区域，相机采集其图像，并传递给控制系统，控制系统向剔除装置发出剔除指令，其特征在于：每套检测系统中还包括分别设置在待分选物料两侧的红光光源和绿光光源；蓝光光源与物料连线和主光线夹角在20-40°，红光光源或绿光光源与物料连线和主光线夹角在10-25°，相机与物料连线和主光线的夹角在0-5°。

7.如权利要求6所述的大米物料的检测分选装置，其特征在于：蓝光光源至少设置有两组，红光光源或者绿光光源至少设置有两组，其中，两组蓝光光源之间的距离大于两组红光光源或者绿光光源之间的距离。

8.如权利要求6所述的大米物料的检测分选装置，其特征在于：所述蓝光光源的波长在400-500nm之间，所述绿光光源的波长在500-590nm之间，红光光源的波长在590-670nm之间。